通过对量子态空间、基函数、幺正变换等量子力学基本概念的介绍，阐释了原子结构中z轴表现出特殊性的原因，明确了在球对称的原子结构中，任何方向都不具有特殊性，z轴表观的特殊性主要源自人们选择了特定基函数来描述原子中电子的运动行为。

通过简单的水热离子交换法成功地制备了一种具有优异光催化制氢性能的直接Z型3D Bi₂MoO₆/Bi₂S₃异质结。通过X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和N₂吸附-脱附测试对样品的组成、形貌和微观结构进行了系统的表征。研究结果表明，Bi₂S₃具有的较小溶度积有利于Bi₂MoO₆向Bi₂S₃的原位转化，且Bi₂MoO₆的多孔微球结构有利于离子传输，因此在水热离子交换过程中可形成多相异质结。紫外可见近红外漫反射光谱(DRS)检测表明，该复合材料可吸收波长在1 800 nm以内的太阳光。光致发光光谱、瞬态光电流响应和电化学阻抗测试结果均证实了电荷的生成和迁移的加速。异质结的构筑能克服Bi₂MoO₆产氢时导带电势较低的问题，该异质结在不使用任何贵金属作为共催化剂的情况下，达到了最佳的光催化产氢速率(109.0 μmol·g^-1·h^-1)。根据DRS和Mott-Schottky曲线测试结果推断Bi₂MoO₆和Bi₂S₃之间构建了Z型异质结。

以提高GaN/ZnO异质结光解水制氢性能为目标，采用第一性原理方法研究了Li和Au元素掺杂GaN/ZnO异质结的电子结构、光学性质和光催化性能。电子结构计算表明GaN/ZnO异质结为直接带隙半导体，异质结类型为Z型，带隙为1.41 eV，能有效促进载流子分离。Li、Au掺杂后的各结构中除Li替位Zn结构外，均具有磁性。光学性质分析的结果表明，掺杂Li、Au元素可以提高体系的吸收系数，其中Li替位Zn后异质结具有较大的光吸收系数，同时具有较大的功函数(7.37 eV)和界面电势差(2.55 V)，表明其可见光利用率较高，界面结构稳定且具有较大的内建电场，可以更有效地促进电子与空穴的迁移从而减小电子-空穴对的结合。Bader电荷分析表明掺杂元素Li和Au均失去电子。电子从GaN层向ZnO层转移，在界面处形成了一个有效的内电场。Li替位Zn和Au同时替位近位的Ga和Zn所对应的2种结构的层与层之间转移的电子较多，说明其界面电势差较大且拥有较高的光生载流子迁移速率。光解水制氢性能分析表明，ZnO薄膜、GaN/ZnO异质结、Li替位Ga以及Li同时替位远位的Ga和Zn四种体系在pH=0时，满足光解水制氢的条件。GaN薄膜、ZnO薄膜和Li同时替位远位的Ga和Zn三种体系在pH=7时满足光解水制氢的条件。

通过水热法制备出一系列Z型异质结Cu₂O/Bi₂MoO₆新型光催化剂。采用扫描电子显微镜、粉末X射线衍射、红外光谱、紫外可见吸收光谱等表征手段研究了催化剂的形貌、结构性质和光电化学性质，并以四环素(TC)为降解目标污染物，进一步探究了其催化效率。实验结果表明，Cu₂O的加入提高了复合催化剂的光催化性能，其中20% Cu₂O/Bi₂MoO₆复合催化剂(Cu₂O和Bi₂MoO₆的质量比为20%)降解效果最好，100 min内可降解95%的TC。Cu₂O与Bi₂MoO₆之间的协同作用使其可以吸收更多的可见光，所构建的Z型异质结改变了电子转移途径，提高了电子与空穴的分离效率，光催化活性显著提高。通过自由基捕获实验和能带结构，分析了Z型异质结Cu₂O/Bi₂MoO₆复合催化剂光催化降解TC可能的机理。

利用K⁺、Cl-共掺杂来优化纳米Li₂FeSiO₄/C正极材料的结构及电化学性能，通过固相反应制备了纳米Li_2-xK_xFeSiO_4-0.5xCl_x/C (x=0、0.01、0.02)正极材料。采用X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线光电子能谱和恒电流充放电等对比研究了3种正极材料的微观结构特征和电化学性能。研究表明纳米Li_1.99K_0.01FeSiO_3.995Cl_0.01/C正极材料的晶面间距和晶胞体积最大，颗粒粒径最小，平均粒径为32 nm。这些特定的微观结构使其表现出最优的电化学性能。纳米Li_1.99K_0.01FeSiO_3.995Cl_0.01/C在0.1C下的首次放电比容量高达203 mAh·g^-1，在1C下充放电循环100次的容量保持率为97.72%。

Li/CrO_x电池具有高能量密度和优异的倍率性能，成为高性能一次锂电池的研究热点。而基于发展具有宽温域和高介电常数的碳酸丙烯酯(PC)电解液体系，对于开发功率高和环境耐受性强的锂一次电池具有重要的应用价值。在本工作中，我们研究了CrO_x在PC基电解液中的放电行为，筛选了适配于大电流放电的电解液体系：1 mol∙L⁻¹ LiTFSI PC : DOL (1, 3-二氧环戊烷) = 1 : 2；并揭示了在PC基电解液中影响CrO_x大电流放电的规律：Li⁺溶剂化鞘层中溶剂分子配位数以及参与配位的粒子类型，会极大地影响Li/CrO_x电池体系的倍率放电性能。低的配位数以及阴离子参与的溶剂化鞘层结构更加适配Li/CrO_x电池体系，能够实现大电流放电。这些规律的认识对于推动PC基电解液应用于大倍率Li/CrO_x电池体系具有重要指导意义。

采用2种密度泛函方法对C₆S₆Li₆储氢性能进行了理论研究。C₆S₆Li₆动力学稳定，最多可吸附38个H₂分子，储氢密度可达20.213%。C₆S₆Li₆(H₂)₃₈的平均吸附能接近温和条件下可逆吸附氢气的标准(0.1~0.8 eV)。各种波函数分析表明，C₆S₆Li₆中Li的2s→2p电子跃迁和各带电原子的电场极化共同主导了C₆S₆Li₆对H₂的范德瓦耳斯作用。热化学计算表明，在77 K下，压力为0.1、2.5、5.0 MPa时，C₆S₆Li₆分别自发吸附6、32、38个H₂分子，并且在298.15 K能够完全释放，可逆储氢密度分别为3.846%、17.582%和20.213%。原子密度矩阵传播动力学模拟表明，C₆S₆Li₆(H₂)₃₈中被吸附的H₂分子大多可以在室温下脱附，并且母体结构保持稳定，不会坍塌。二聚体(C₆S₆Li₆)₂能够吸附53个H₂分子，储氢密度为15.014%，也适合在温和条件下可逆储氢。

通过原位共沉淀法可控制备了系列直接Z型MIL-100(Fe)/BiOBr异质结。使用粉末X射线衍射(PXRD)、傅里叶红外变换(FTIR)光谱、紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、扫描电镜(SEM)、高倍透射电镜(HRTEM)以及X射线光电子能谱(XPS)对MIL-100(Fe)/BiOBr异质结晶体结构、微观形貌、光学性能、化学组成进行表征。以低功率发光二级管可见光为光源，探究了MIL-100(Fe)/BiOBr异质结光芬顿降解磺胺甲恶唑(SMX)性能。最佳反应体系MB-7/Vis/H₂O₂(MB-7是MIL-100(Fe)质量为BiOBr质量的70%时制备的样品)在光源照射70 min后可降解99.8% SMX(5 mg·L^-1)。同时，还考察了H₂O₂浓度、催化剂投加量、pH值以及无机阴离子对MB-7/Vis/H₂O₂降解SMX影响。MB-7/Vis/H₂O₂能够在经过5轮循环降解实验后保持95%以上的SMX降解效率，表明其具有较好的循环稳定性。通过光致发光(PL)光谱、光电化学测试、活性物质捕获实验以及电子自旋共振(ESR)技术对光芬顿降解SMX机理进行了揭示。增强的光芬顿活性的机制主要来自于异质结的构建加速了光生载流子的分离，进而促进了活性物质产生以及Fe³⁺/Fe²⁺的循环。

利用简单的化学还原沉积法将Cu₂O纳米球和Ag纳米颗粒均匀包裹在十面体BiVO₄表面，成功构建了一种具有高效电荷载流子分离/转移特性的Z型异质结光催化剂Ag-Cu₂O/BiVO₄。Ag-Cu₂O/BiVO₄在可见光下光催化CO₂还原为CO的产率可达5.37 μmol·g^-1·h^-1，分别是纯BiVO₄和Cu₂O的35.8倍和6.25倍。通过X射线粉末衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱(EDS)、紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、光致发光(PL)光谱、瞬态光电流响应(TPC)和电化学阻抗谱(EIS)对Ag-Cu₂O/BiVO₄的晶体结构、形貌、组成、能带结构和吸光能力等进行了系统表征分析，并提出了其光催化体系还原CO₂的催化机理。

The Z-scheme heterojunction Cu₂O/Bi₂CrO₆ photocatalyst was successfully prepared by introducing Cu₂O on the Bi₂CrO₆ surface using a coprecipitation method. The photocatalytic degradation of tetracycline (TC) on Cu₂O/Bi₂CrO₆ under visible light irradiation was investigated. It was found that the Cu₂O/Bi₂CrO₆ photocatalyst had the best photocatalytic activity when the mass ratio of Cu₂O to Bi₂CrO₆ was 20%, and the TC could be degraded by 87.5% within 100 min, which was about 1.8 times and 1.3 times higher than that of pure Bi₂CrO₆ and pure Cu₂O, respectively. Besides, the Cu₂O/Bi₂CrO₆ photocatalyst also showed good stability and reusability. The Z scheme heterojunction structure of Cu₂O/Bi₂CrO₆ provided increased active sites, enhanced interfacial charge separation, and improved separation efficiency of photogenerated electro-hole (e^--h⁺) pairs, leading to enhanced photocatalytic properties. Electron paramagnetic resonance (EPR) measurement confirmed that the superoxide radical (·O₂^-), hydroxyl radical (·OH), and h⁺ were the primary active species during photocatalysis.